公式代替：
乙 軈
軈軈Ｒ＝
軈 軈
７８０
ｒ軃（λ）Ｃ１ελλ－ ５ｅｘｐ（－軈
軈軈軈Ｇ＝
軈 軈
７８０
ｇ軃（λ）Ｃ１ελλ－ ５ｅｘｐ（－
３８０
ｃ２ λＴ
）ｄλ
軈
乙 軈
軈
軈軈軈Ｂ＝
軈
７８０
ｂ軈（λ）Ｃ１ελλ－ ５ｅｘｐ（－
３８０
ｃ２ λＴ
）ｄλ
（２）
式中：ελ 为单色辐射率；Ｔ 为绝对温度；λ 为波长；ｃ１ 和 ｃ２ 为物理常数．式（２）说明，高温体因自身辐射所表现出来的 色彩，取决于物体的辐射光谱，通过 ＴＣＳ２３０ 测量辐射体的 三基色信号 ＲＧＢ 值，求解上述方程组，可以计算出物体的 温度值． 2 系统硬件结构设计
组合，依次选通 Ｒ、Ｇ、Ｂ 三种滤波器，从而得到三种不同频
率的方波，三个频率值对应 ＲＧＢ 三基色的三个光强．通过这
三个值，就可以分析投射到 ＴＣＳ２３０ 传感器上光的颜色．根据 彩色三基色测温原理［４］，在一定的测试距离和光学系统中，若
高温体的辐射能谱为 Ｅ（Ｔ λ），则 Ｒ，Ｇ，Ｂ 三个通道是输出为：
乙 軈
７８０
軈軈Ｒ＝
軈 軈
Ｅ（Ｔ λ）ｒ軃（λ）ｄλ
３８０
乙 軈
軈軈
軈軈Ｇ＝
軈
７８０
Ｅ（Ｔ λ）ｇ軃（λ）ｄλ
３８０
軈
乙 軈
軈軈軈Ｂ＝
７８０
Ｅ（Ｔ λ）ｂ軈（λ）ｄλ
軈
３８０
（１）
式中，ｒ軃 、ｇ軃 、ｂ軈分别表示光学测试系统中 Ｒ、Ｇ、Ｂ 三通道
的响应增益函数；Ｅ（Ｔ λ）为单色辐射强度．当辐射波长小于 １μｍ 及温度小于 ３０００ｋ 的范围内时，普朗克定律可由维恩
谱分布在可见光范围即表现为颜色，可见彩色光的色彩与
物体的温度有着直接的关联［１～２］，因此可以把高温物体的颜
色作为一种测温依据．由于物体颜色的某些信息是不随外界
环境改变的，则根据高温物体的颜色来测量温度的方法还可
以克服辐射测温受环境影响大的缺点．本文设计了一种基于
数字式颜色传感器和低功耗单片机的颜色法测温系统，并
ＴＣＳ２３０ 与以前的颜色传感器相比具有许多优良的新 特性，比如其将信号采集、放大、Ａ／Ｄ 接口集于一身，故可直 接微处理器．由于 ＴＣＳ２３０ 不再经过 Ａ／Ｄ 转换电路直接与单 片机相连，这样大大减少了检测电路，使成本降低同时，还 免去由于 Ａ／Ｄ 转换而引起的测量误差． ２．３ 通讯部分的硬件实现
集成颜色传感器采用的是 ＴＡＯＳ 公司最新推出的可编
基 金 项 目 ：安 徽 省 高 校 省 级 自 然 科 学 研 究 项 目 （KJ2011Z047） － ４８ －
程颜色传感器 ＴＣＳ２３０［３］．它把硅光电二极管阵列与电流频率 转换器集成在单一的 ＣＭＯＳ 电路上，其输出频率和光强度 成线性关系．
ＴＣＳ２３０ 在单一芯片上集成了红、绿、蓝三种颜色滤波 器．当入射光投射到 ＴＣＳ２３０ 上时，通过两个引脚 Ｓ２、Ｓ３ 的 不同组合，可依次选通 Ｒ、Ｇ、Ｂ 三种滤波器，从而获得三种 不同频率的方波，三个频率值分别对应 ＲＧＢ 三基色的三个 光强．通过这三个值，就可以分析投射到 ＴＣＳ２３０ 传感器上 光的颜色．
（１．安徽机电职业技术学院，安徽 芜湖 ２４１０００；２．安徽工业大学 电气信息学院，安徽 马鞍山 ２４３００２）
摘 要：介绍了一种基于 ＴＣＳ２３０ 数字化芯片的便携式颜色测温系统． 给出了以 ＭＳＰ４３０ 单片机为核心依据热辐射理 论， 并结合三基色原理设计一种低功耗、精确、便捷的测温系统的设计方法．
图 １ 系统总体结构图 ２．１ 单片机的硬件实现
选用美国 ＴＩ 公司的 ＭＳＰ４３０ 系列的单片机作为颜色测 量电路的核心处理器．ＭＳＰ４３０ 系列单片机是一种 １６ 位超低 功耗的混合信号处理器，采用了精简指令集（ＲＩＳＣ）结构，电 源电压采用的是 １．８－ ３．６Ｖ 低电压，ＲＡＭ 数据保持方式下耗 电仅为 ０．１Ａ，活动模式耗电 ２５０Ａ／ＭＩＰＳ［５］．ＭＳＰ４３０ 系列的单 片机种类繁多，在保证系统要求的前提下，考虑成本因素， 选用 ＭＳＰ４３０ 系列中的 ＭＳＰ４３０Ｆ１１２１Ａ 型号单片机，３．６Ｖ 电池供电，主频为 ８Ｍ． ２．２ 集成颜色传感器的硬件实现
第 ２９ 卷 第 ２ 期（上） ２０１３ 年 ２ 月
赤 峰 学 院 学 报（ 自 然 科 学 版 ） Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｉｆｅｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ）
Ｖｏｌ． ２９ Ｎｏ．２ Ｆｅｂ． ２０１３
基于 ＴＣＳ２３０ 的颜色法测温系统设计
赵光艺 1，汤代斌 1，赵光兴 2
简要地介绍了系统硬软件的设计方法．最后，对测温系统进
行实验并给出了测试的结果．
1 温度测量原理
ＴＣＳ２３０ 是 ＴＡＯＳ （Ｔｅｘａｓ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｓｏｌｕ－ ｔｉｏｎｓ）公司于最新推出的可编程 ＲＧＢ 彩色光 ／ 频率转换器［３］．
当入射光投射到 ＴＣＳ２３０ 上时，通过两个引脚 Ｓ２、Ｓ３ 的不同
单片机采用 ＲＳ－ ２３２ 与 ＰＣ 机之间进行通讯．ＲＳ－ ２３２Ｃ 是美国电子工业协会 ＥＩＡ （Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ） 制定的一种串行通信接口标准．ＲＳ２３２ 链路可以将通讯双方 在 １５ 米以内有效连接．ＲＳ－ ２３２Ｃ 总线标准规定了 ２１ 个信号 和 ２５ 个引脚，包括一个主通道和一个辅助通道． 完整的 ＲＳ－ ２３２Ｃ 接口采用标准的 ２５ 芯插头，对于一般的双工通信， 常用 ９ 芯插头，只需几条信号线就能实现，最简单的通讯方式 仅需 ３ 条信号引线，分别为接收线（ＲＸＤ）、发送线（ＴＸＤ）和地线 （ＧＮＤ）．单片机应用系统中一般采用三线连接方式［６］．
系统数据采集装置的核心是 ＭＳＰ４３０ 单片机，设计的系 统硬件如图 １ 所示．颜色数据的采集、处理与传输是本系统 的核心，由高精度数字颜色传感器 ＴＣＳ２３０、ＭＳＰ４３０ 系列的 单片机、ＲＳ２３２ 电平转换器 ＭＡＸ２３２ 和电源部分组成． 单片 机与上位机之间是通过 ＲＳ２３２ 总线来传递数据．
关键词：ＴＣＳ２３０；单片机；三基色法；温度测量 中图分类号：ＴＰ２７３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７３－ ２６０Ｘ（２０１３）０２－ ００４８－ ０２
物体在高温状态会发出可见光，这种可见光可通过颜
色传感器记录下来．根据描述物体辐射的 Ｐｌａｎｃｋ 定律，物体
辐射的光谱成分与物体的温度存在非线性关系，而物体的光